Genetička istraživanja: indikacije, metode

Posljednjih godina zabilježen je porast udjela nasljednih bolesti u ukupnoj strukturi bolesti. S tim u vezi, povećava se uloga genetskih istraživanja u praktičnoj medicini. Bez znanja medicinske genetike nemoguće je učinkovito dijagnosticirati, liječiti i spriječiti nasljedne i prirođene bolesti.

Nasljedna predispozicija vjerojatno je svojstvena gotovo svim bolestima, ali se njezin stupanj znatno razlikuje. Ako razmotrimo ulogu nasljednih čimbenika u nastanku raznih bolesti, možemo razlikovati sljedeće skupine.

• Bolesti, čiji je izvor potpuno određen genetskim čimbenicima (izloženost patološkom genu); Ova skupina uključuje monogene bolesti, čije je nasljeđe podložno osnovnim pravilima Mendelovih zakona (mendelirovannye bolesti), a utjecaj vanjskog okruženja može utjecati samo na intenzitet pojedinih manifestacija patološkog procesa (na njegove simptome).
• Bolesti, čija je pojava određena uglavnom utjecajem vanjskog okruženja (infekcije, ozljede i sl.); nasljednost može utjecati samo na neke kvantitativne karakteristike tjelesne reakcije, odrediti osobitosti patološkog procesa.
• Bolesti u kojima je nasljednost uzročni faktor, ali određene manifestacije vanjskog okruženja nužne su za njegovu manifestaciju, njihovo nasljeđivanje nije podložno zakonima Mendela (ne-menstruacijske bolesti); Nazivaju se multi-toric.

Nasljedne bolesti

Razvoj svakog pojedinca rezultat je interakcije genetskih i okolišnih čimbenika. Skup gena se uspostavlja tijekom oplodnje, a zatim zajedno s čimbenicima okoliša određuje karakteristike razvoja. Tijelo gena u tijelu zove se genom. Genom kao cjelina je vrlo stabilan, ali pod utjecajem promjenjivih uvjeta okoliša može doći do promjena u njemu - mutacija.

Osnovne jedinice nasljednosti su geni (dijelovi molekule DNA). Mehanizam prijenosa nasljednih informacija temelji se na sposobnosti DNK za samo-umnožavanje (replikaciju). DNA sadrži genetski kod (sustav za bilježenje informacija o položaju amino kiselina u proteinima pomoću niza rasporeda nukleotida u DNA i glasničkoj RNA), koji određuje razvoj i metabolizam stanica. Geni se nalaze u kromosomima, strukturnim elementima stanične jezgre, koji sadrže DNA. Mjesto koje zauzima gen se naziva lokus. Monogene bolesti - monolokalne, poligene bolesti (multifactorial) - multilocus.

Kromosomi (strukture u obliku štapa vidljive u svjetlosnom mikroskopu u staničnoj jezgri) sastoje se od više tisuća gena. Kod ljudi, svaka somatska, to jest, ne-seksualna, stanica sadrži 46 kromosoma, zastupljenih s 23 para. Jedan od parova - spolni kromosomi (X i Y) - određuje spol pojedinca. U jezgri somatskih stanica kod žena postoje dva kromosoma X, u muškaraca - jedan kromosom X i jedan kromosom Y. Polni kromosomi muškaraca su heterologni: kromosom X je veći, sadrži mnoge gene koji su odgovorni za određivanje oba spola i drugih znakova tijela; Y kromosom je mali, ima oblik koji se razlikuje od kromosoma X i nosi uglavnom gene koji određuju muški spol. Stanice sadrže 22 para autosoma. Ljudski autosomalni kromosomi podijeljeni su u 7 skupina: A (1, 2, 3 para kromosoma), B (4, 5 pari), C (6, 7, 8, 9, 10,, 11-, 12-ti parovi, kao i kromosom X, slične veličine kromosomima 6 i 7), D (13, 14, 15. Parovi), E (16, 17, 18. Parovi) ), F (19., 20. Par), G (21., 22. Parovi i Y kromosom).

Geni se nalaze duž kromosoma linearno, a svaki gen zauzima strogo određeno mjesto (lokus). Geni koji zauzimaju homologne lokuse nazivaju se alelni. Svaka osoba ima dva alela istog gena: jedan za svaki kromosom svakog para, s izuzetkom većine gena na kromosomima X i Y kod muškaraca. U slučajevima gdje su isti aleli prisutni u homolognim dijelovima kromosoma, oni govore o homozigotnosti, a kad sadrže različite alele istog gena, uobičajeno je govoriti o heterozigotnosti za taj gen. Ako gen (alel) ispoljava svoj učinak, budući da je prisutan samo u jednom kromosomu, on se naziva dominantnim. Recesivni gen se manifestira samo ako je prisutan u oba člana kromosomskog para (ili u jednom kromosomu X u muškaraca ili žena s X0 genotipom). Gen (i njegova odgovarajuća osobina) naziva se X-povezan ako se nalazi na kromosomu X. Svi ostali geni nazivaju se autosomalni.

Razlikovati dominantno i recesivno nasljeđivanje. U slučaju dominantnog nasljeđivanja, ta se osobina očituje u homozigotnim i heterozigotnim stanjima. U slučaju recesivnog nasljeđivanja, fenotipske (skup vanjskih i unutarnjih značajki tijela) manifestiraju se samo u homozigotnom stanju, dok su s heterozigotnošću odsutne. Moguće je i dominantno ili recesivno nasljedno povezivanje; na taj način se nasljeđuju osobine povezane s genima smještenim na spolnim kromosomima.

Kada dominantne naslijeđene bolesti obično pogađaju nekoliko generacija iste obitelji. Kod recesivnog nasljeđivanja, latentno heterozigotno stanje nositelja mutantnog gena može dugo postojati u obitelji, pa se bolesna djeca mogu roditi od zdravih roditelja ili čak u obiteljima koje nisu imale bolest nekoliko generacija.

Nasljedne bolesti temelje se na mutacijama gena. Razumijevanje mutacija je nemoguće bez modernog razumijevanja termina "gen". Trenutno se genom smatra multigenomskom simbiotskom konstrukcijom koja se sastoji od obveznih i izbornih elemenata. Osnova obvezujućih elemenata čine strukturni lokusi (geni), čiji je broj i položaj u genomu prilično konstantan. Strukturalni geni čine oko 10-15% genoma. Pojam "gen" uključuje transkribiranu regiju: egzone (stvarna kodirajuća regija) i introna (nekodirajuća regija koja razdvaja egzone); i bočne sekvence - vođa koji prethodi početku gena, i rep neprevedena regija. Izborni elementi (85-90% cjelokupnog genoma) su DNA koja ne nosi informacije o aminokiselinskoj sekvenci proteina i nije strogo potrebna. Ova DNA može sudjelovati u regulaciji ekspresije gena, izvršiti strukturne funkcije, povećati točnost homolognog parenja i rekombinacije, te doprinijeti uspješnoj replikaciji DNA. Sada je dokazano sudjelovanje izbornih elemenata u nasljednom prijenosu likova i formiranju mutacijske varijabilnosti. Takva složena struktura genoma određuje raznolikost mutacija gena.

U najširem smislu, mutacija je stabilna, naslijeđena promjena u DNA. Mutacije mogu biti popraćene promjenama u strukturi kromosoma koje su vidljive tijekom mikroskopije: delecija je gubitak dijela kromosoma; dupliciranje - udvostručenje kromosomske regije, umetanje (inverzija) - ruptura kromosomske regije, njezina rotacija za 180 ° i pričvršćenje na mjesto rupture; translokacija - odvajanje dijela jednog kromosoma i njegova vezanost za drugi. Takve mutacije imaju najveći štetni učinak. U drugim slučajevima, mutacije mogu uključivati zamjenu jednog od purinskih ili pirimidinskih nukleotida jednog gena (točkaste mutacije). Ove mutacije uključuju: misense mutacije (mutacije s promjenom značenja) - zamjena nukleotida u kodonima s fenotipskim pojavama; besmislene mutacije (besmislene) - nukleotidne supstitucije kod kojih se formiraju završni kodoni, kao rezultat toga, sinteza proteina kodiranog genom se prijevremeno prekida; mutacije spajanja su supstitucije nukleotida na spoju egzona i introna, što dovodi do sinteze proširenih molekula proteina.

Relativno nedavno, identificirana je nova klasa mutacija - dinamičke mutacije ili mutacije ekspanzije povezane s nestabilnošću broja ponavljanja trinukleotida u funkcionalno značajnim dijelovima gena. Mnoga trinukleotidna ponavljanja lokalizirana u transkribiranim ili regulatornim regijama gena karakterizira visoka razina varijabilnosti populacije, unutar koje se ne promatraju fenotipski poremećaji (to jest, bolest se ne razvija). Bolest se razvija samo kada broj ponavljanja na tim mjestima prelazi određenu kritičnu razinu. Takve mutacije nisu naslijeđene prema Mendelovom zakonu.

Dakle, nasljedne bolesti su bolesti uzrokovane oštećenjem genoma stanice, koje mogu utjecati na cijeli genom, pojedinačne kromosome i uzrokovati kromosomske bolesti, ili utjecati na pojedinačne gene i uzrokovati genske bolesti.

Sve nasljedne bolesti mogu se podijeliti u tri velike skupine:

• monogenskih;
• poligene, ili multifaktorijalne, u kojima međudjeluju mutacije nekoliko gena i ne-genetski faktori;
• kromosomske abnormalnosti ili abnormalnosti u strukturi ili broju kromosoma.

Bolesti koje pripadaju prve dvije skupine često se nazivaju genetskim, a treće, kromosomskim bolestima.

[1], [2], [3], [4]

Klasifikacija nasljednih bolesti

Kromosom	Monogenskih	Multifaktorsko (poligensko)
Anomalije broja spolnih kromosoma: - Shereshevsky-Turner-ov sindrom; - Kleinfelterov sindrom; - sindrom trisomije X; - sindrom 47, autosom XYY : - Downov sindrom; - Edwardsov sindrom; - Patau sindrom; - djelomična trisomija 22 Strukturne anomalije kromosoma: Sindrom mačjeg krika; Sindrom brisanja 4p; Sindromi mikrodelecije susjednih gena	Autosomno-dominantnye: Marfanov sindrom; von Willebrandova bolest; Anemija Minskskogo-Shophfara i drugi Autosomno recesivno: - fenilketonurija; - galaktosemija; - cistična fibroza, itd. X-vezani recesivni: Hemofilija A i B; Miopatija Dushena; I drugi Dominantna oznaka X-a: - rahitis otporan na vitamin D; - smeđe boje Zubne cakline, itd.	CNS: neki oblici epilepsije, shizofrenije itd. Kardiovaskularni sustav: reumatizam, hipertenzivna bolest, ateroskleroza, itd. Koža: atopijski dermatitis, psorijaza itd. Dišni sustav: bronhijalna astma, alergijski alveolitis itd. Mokraćni sustav: urolitijaza, enureza, itd. Probavni sustav: peptički ulkus, ulcerozni kolitis itd.

Kromosomske bolesti mogu biti uzrokovane kvantitativnim kromosomskim abnormalnostima (genomske mutacije), kao i strukturnim kromosomskim abnormalnostima (kromosomske aberacije). Klinički, gotovo sve kromosomske bolesti manifestiraju se kao umanjeni intelektualni razvoj i višestruke kongenitalne malformacije, često nespojive s životom.

Monogene bolesti nastaju kao posljedica oštećenja pojedinih gena. Većina nasljednih metaboličkih bolesti (fenilketonurija, galaktosemija, mukopolisaharidoza, cistična fibroza, adrenogenitalni sindrom, glikogenoza itd.) Pripadaju monogenskim bolestima. Monogene bolesti nasljeđuju se prema Mendelovim zakonima i mogu se podijeliti na autosomno dominantne, autosomno recesivne i povezane s kromosomom X prema tipu nasljeđivanja.

Multifaktorske bolesti su poligenske, jer njihov razvoj zahtijeva utjecaj određenih čimbenika okoliša. Česti simptomi multifaktorijskih bolesti su sljedeći.

• Visoka učestalost među populacijom.
• Izraženi klinički polimorfizam.
• Sličnost kliničkih manifestacija probanda i najbližeg rođaka.
• Razlike u dobi i spolu.
• Raniji početak i određeno pojačavanje kliničkih manifestacija u generacijama prema dolje.
• Promjenjiva terapijska učinkovitost lijekova.
• Sličnost kliničkih i drugih manifestacija bolesti u užoj obitelji i probandu (koeficijent heritabilnosti za multifaktorske bolesti prelazi 50-60%).
• Nedosljednost zakona nasljeđivanja s Mendelovim zakonima.

Za kliničku praksu važno je razumjeti suštinu termina "kongenitalne malformacije", koje mogu biti pojedinačne ili višestruke, nasljedne ili sporadične. Nasljedne bolesti ne mogu se pripisati onim kongenitalnim bolestima koje se javljaju u kritičnim razdobljima embriogeneze pod utjecajem negativnih okolišnih čimbenika (fizičkih, kemijskih, bioloških i sl.) I nisu naslijeđene. Primjer takve patologije mogu biti prirođene srčane mane, koje su često uzrokovane patološkim učincima tijekom polaganja srca (I. Trimestar trudnoće), na primjer, virusna infekcija, tropska do tkiva srca u razvoju; alkoholni sindrom fetusa, nenormalan razvoj udova, ušiju, bubrega, probavni trakt, itd. U takvim slučajevima, genetski čimbenici čine samo nasljednu predispoziciju ili povećanu osjetljivost na djelovanje određenih čimbenika okoline. Prema WHO-u, abnormalnosti u razvoju prisutne su u 2,5% svih novorođenčadi; 1,5% njih uzrokovano je djelovanjem nepovoljnih egzogenih čimbenika tijekom trudnoće, a ostatak je uglavnom genetske naravi. Razlika između nasljednih i urođenih bolesti koje nisu naslijeđene od velike je praktične važnosti za predviđanje potomstva u datoj obitelji.

[5]

Metode dijagnosticiranja nasljednih bolesti

Trenutno, praktična medicina ima čitav arsenal dijagnostičkih metoda koje omogućuju identificiranje nasljednih bolesti s određenom vjerojatnošću. Dijagnostička osjetljivost i specifičnost ovih metoda su različite - neke dopuštaju samo da sugeriraju prisutnost bolesti, a druge s velikom točnošću identificiraju mutacije koje leže u osnovi bolesti ili definiraju značajke njegovog tijeka.

[6], [7], [8], [9]

Citogenetske metode

Za dijagnosticiranje kromosomskih bolesti koriste se citogenetske metode istraživanja. One uključuju:

• istraživanje spolnog kromatina - određivanje X- i Y-kromatina;
• kariotipiranje (kariotip - kombinacija staničnih kromosoma) - određivanje broja i strukture kromosoma radi dijagnosticiranja kromosomskih bolesti (genomske mutacije i kromosomske aberacije).

[10], [11], [12], [13],